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澳洲甘蔗蟾蜍的自相殘殺演化攻防戰

古語有云虎毒不吃兒,但事實上很多生物尤其昆蟲與兩棲類都有「同類相食 (cannibalism) 」的情況,以在資源緊絀下減低種內競爭。以繁殖能力強、體型大著稱的入侵性物種甘蔗蟾蜍 (Rhinella marina) 同樣有同類相食習慣,但甘蔗蟾蜍蝌蚪到底有甚麼秘技逃過被吃命運,持續成為世界百大外來入侵種之一呢?

最新刊於 《美國國家科學院期刊 (PNAS) 》的研究發現,澳洲的甘蔗蟾蜍蝌蚪竟然在高壓力環境下發育得更快,減少於仍在準備孵化或剛孵出時被吃的機會。然而,這種演化策略也有其缺陷。研究顯示,與正常成長的甘蔗蟾蜍蝌蚪相比,被逼成長得更快的蝌蚪日後發育則變得較差。領導該研究的悉尼大學博士後研究助理 Jayna DeVore 形容:「除非肯定其他同伴相食,否則用此方式保護自己是不值得的。」

原產於南美洲的甘蔗蟾蜍是經典入侵性物種例子。 1935 年,澳洲農民引入大約 100 隻有毒、平均長約 15 厘米的甘蔗蟾蜍,以控制對甘蔗種植園造成嚴重破壞的甘蔗甲蟲 (Dermolepida albohirtum) ,但原來甘蔗甲蟲並非甘蔗蟾蜍最愛的食物,所以當地其他昆蟲在甘蔗蟾蜍引入後都受到威脅。更大的問題是,甘蔗蟾蜍在澳洲並無天敵,加上繁殖能力超強,一次可產達 25,000 顆卵,現時澳洲已繁衍出 2 億多隻甘蔗蟾蜍,而且當其他獵食者如雀鳥將之吃掉也會中毒死亡,在澳洲成為極度嚴重的生態問題,並繼續入侵該國北部和東部的大片地區。

一隻甘蔗蟾蜍每次生下的卵已經眾多,還有全澳兩億幾甘蔗蟾蜍,自然造成居住問題。當卵剛孵化時,極年幼的胚胎「尾都未出齊」不會游泳或進食,幾乎只能躺平在池塘底部,直至發育成有尾的蝌蚪。剛長成的飢餓蝌蚪要爭崩頭覓食,年幼胚胎肯定成為目標。這除了可獲取營養,更重要是消除往後的資源競爭,對於贏在起跑線上的蝌蚪而言,是一石二鳥。因此要應對殘酷的大自然,胚胎更快速地發育成蝌蚪,用實力去避過被吃命運。

為了確定這種行為是「正常」還是只在入侵澳洲甘蔗蟾蜍之間的極端競爭, DeVore 的團隊將澳洲與在原產地的甘蔗蟾蜍群族進行多種比較,都發現澳洲的甘蔗蟾蜍不論胚胎與蝌蚪都以極速演化。

例如其中一個在不同個體進行 500 多次的實驗中, DeVore 團隊將一隻蝌蚪放入一個裝有 10 個胚胎的容器中。雖然來自南美的蝌蚪確實有一些同類相食行為,但如果蝌蚪來自澳洲,其相食的可能性是南美同類的 2.6 倍。

在另一個實驗中,團隊將蝌蚪放在一個帶有兩個袋的水池中,一個有胚胎,另一個則是空的。澳洲的蝌蚪會進入有胚胎袋的機率大約是進入空袋的 30 倍。相反南美同類不會有這種反應,進入兩個袋的機率相若,表明脆弱的孵化階段對澳洲的甘蔗蟾蜍蝌蚪有強烈吸引力,而這種吸引力在南美甘蔗蟾蜍蝌蚪是沒有的。

你有張良計我有過牆梯

澳洲的甘蔗蟾蜍胚胎並非坐以待斃,牠們亦演化出一種逃生策略,就是加快發育。團隊發現,與來自原產地的甘蔗蟾蜍相比,澳洲甘蔗蟾蜍胚胎平均早一日,即只需 4 日就完成發育成蝌蚪,換言之是快 20% !牠們亦有更高的嗅覺,知道有相食的蝌蚪存在,而這種特徵也加速到胚胎的發育。不過,團隊發現這種演化適應策略有其代價。與原產地甘蔗蟾蜍蝌蚪相比,澳洲甘蔗蟾蜍胚胎長成蝌蚪後,生存表現較差其發育也較慢。

那這種演化策略會否令澳洲的甘蔗蟾蜍滅絕呢? DeVore 斷言策略只會控制到澳洲的甘蔗蟾蜍數量,甚至令最終長為成年的甘蔗蟾蜍入侵更多澳洲原生生態。

報告:
DeVore, J.L., Crossland, M.R., Shine, R. & Ducatez, S. (2021). The evolution of targeted cannibalism and cannibal-induced defenses in invasive populations of cane toads. PNAS August 31, 2021 118 (35) e2100765118. doi: 10.1073/pnas.2100765118

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